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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.54 No.3 pp.63-71
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2020.54.3.63

Ammonia Emission Characteristics during the Finishing Periods of Pigs Housed with Mechanical Ventilation System

Gwang-Gon Jo, Yu-Na Jang, Tae-Hwan Ha, Saem-Ee Woo, Min-Woong Jung*
Division of Animal Environment, National Institute of Animal Science, Iseo-myeon, 55365, Korea

These authors contributed equally to this work.


*Corresponding author: Min-woong Jung Tel: +82-63-238-7411 Fax: +82-63-238-7447 E-mail: mwjung@korea.kr
April 22, 2020 ; May 25, 2020 ; May 26, 2020

Abstract


Emission factors were determined by monitoring the ammonia concentration and ventilation rate of finishing pigs for 48 days in three pig rooms (i.e., rooms A, B, and C), all of which have the same structure and breeding environment. The experimental results show that the average ammonia concentration was 5.93 ppm, the ventilation rate was 23.7 m3/h·pig in the environment of the temperature was 22.5°C, and the humidity was 53.9%. The data correlation analysis on a daily basis showed that the ammonia concentration had a negative correlation with temperature (R2=-0.65 to -0.53) and the ventilation rate had a minimal effect on the ammonia concentration. The ammonia concentration gradually increased during the early hours in the morning and then reached a maximum value at midday (around 12:00–13:00). It was observed that the temperature, humidity, and ventilation rate with high cross-correlation data were maximum at 14:00–15:00. Based on the correlation analysis of the hourly data, factors that influenced the ammonia emission were the ammonia concentration (R2=0.71) and ventilation rate (R2=0.61), of which the ammonia concentration was more correlated. The ammonia emission factor was analyzed at 2.28 g/d·pig.



강제환기식 비육돈사 내 암모니아 발생특성

조 광곤, 장 유나, 하 태환, 우 샘이, 정 민웅*
국립축산과학원 축산환경과

초록


구조와 사육환경이 동일한 3개의 돈방(room A~C)에서 48일 동안 비육돈의 암모니아 농도 및 환기량을 모니터링하여 배출계수를 산정하였다. 실험 결과, 온도 22.5°C, 습도 53.9% 환경에서 평균 암모니아 순발생 농도 5.93 ppm, 환기량 23.7 m3/h·pig로 나타났다. 일별 상관관계 분석결과, 암모니아 농도는 온도와 음의 상관관계(R2: -0.65 ~ -0.53)를 가지는 것으로 나타났으며, 환기량은 암모니아 농도에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 암모니아 농도는 이른 오전을 기점으로 서서히 증가 경향을 보이다가 12~13시경 최댓값에 도달하였고, 상호 상관도가 높은 온도, 습도, 환기량의 경우 14~15시에 최댓값을 갖는 것으로 분석되었다. 시간별 데이터 상관관계 분석결과, 암모니아 배출량에 영향을 미치는 요소는 암모니아 농도(R2=0.71)와 환기량(R2=0.61)으로 이 중, 암모니아 농도가 더 상관성이 높은 것으로 분석되었다. 암모니아 배출계수는 2.28 g/d·pig로 분석되었다.



    서론

    자연적 발생 또는 인위적 활동으로 대기에 방출된 암모니아 (NH3)는 인간을 포함한 생태계에 전반적인 영향을 미친다. 호흡기 를 통한 고농도 암모니아 가스 흡인은 인체에 치명적일 수 있다 (ATSDR, 2004). 또한, 암모니아에서 유래된 암모늄(NH4+)은 대기 중 질산염(NO3-), 황산염(SO42-)과 반응하여 질산암모늄(NH4NO3), 황산암모늄((NH4)2SO4)과 같은 2차 에어로졸을 형성하고 태양복 사 에너지 흡수를 통해 온실효과를 일으키거나 도심에서의 고농도 미세먼지 형성에 기여하게 된다(Sutton et al., 2001;Sharma et al., 2007;Hristov, 2011;Schiferl et al., 2014;Holt et al., 2015). 인위적 활동으로부터 발생된 암모니아는 대부분 농업 분야에서 기 인한다. 2016년 국내 대기오염물질 배출량 서비스 보고서에 따르면 암모니아의 전체 배출량은 301,301 ton이고 이 중 237,017 ton (78.7%)이 ‘농업’에서 발생한다(NIER, 2016). 농업분야는 크게 ‘비료사용농경지’와 ‘분뇨관리’의 하위분류로 나뉘고, ‘분뇨관리’ 의 경우 농업분야 전체 배출량의 91.8% 비율을 차지해 국내 암모니 아 총 발생량 중 축산업의 비중이 매우 높은 실정이다.

    ‘분뇨관리’ 하위분류 중 가장 높은 비율(41.0%)을 차지하는 축 종은 ‘돼지’이다. 현재 국내에서 ‘돼지’에 적용하는 암모니아 배출 계수는 2007년 국립환경과학원의 보고서에 근거하고 있다(NIER, 2007). ‘돼지’는 다시 ‘모돈’, ‘자돈’, ‘육성돈’, ‘비육돈’의 사양단계 로 구분되며, 각 사양단계 별 암모니아 배출계수(emission factor)에 국내 사육두수를 곱하여 최종 배출량을 산정한다(NIER, 2015). 사 양단계 중 ‘모돈’의 ‘돈사 내’ 암모니아 배출계수는 30.16 g/d·pig로 가장 높고 ‘비육돈’, ‘육성돈’, ‘자돈’이 각각 14.25 g/d·pig, 12.25 g/d·pig, 5.18 g/d·pig 순서로 산정되어 있다. 각 사양단계는 ‘돈사 내’, ‘퇴비장’, ‘축산폐수처리’, ‘토양시비’의 세부 카테고리가 있으 며, ‘돈사 내’ 암모니아 배출계수는 다른 카테고리에 비해 대체로 큰 값을 가진다.

    국내 양돈시설은 환기 방식, 분뇨 처리 방식 등에 따라 다양한 형태로 분포되어 있다. 시설 형태 및 운용 방식에 따라 암모니아 발생 특성은 서로 상이하며 배출량도 달라진다(Arogo et al., 2003;Ha & Kim, 2015;Rzeźnik & Mielcarek, 2016;Sung et al., 2017;Kim et al., 2019). 하지만 현재 국내에 적용 중인 배출계수는 이러 한 형태를 구분하여 제공하지 않음은 물론 농가에 대한 실험 기간 이 짧아 불확도가 크다. 또한, 2007년 이후 후속 연구가 지속적으 로 이루어져야 함에도 사양 단계에 따른 배출량 실험은 거의 전무 한 실정으로 현재의 암모니아 배출계수 적용은 국내 발생량을 과소 또는 과대평가할 가능성이 존재한다. 이미 해외에서는 이러한 점을 개선하여 고도화된 인벤토리를 통해 다양한 축사 시설, 사양 단계 에서의 배출계수를 배출량 산정에 적용하고 있다(Shin et al., 2017). 이에 본 연구는 국내 암모니아 인벤토리 고도화 연구의 일환으로서 사양 단계 중 ‘비육돈’을 대상으로 강제환기식 돈사를 선정하고, ‘돈사 내’에서 발생하는 암모니아 농도, 환기량, 온/습도를 모니터 링 하여 최종 암모니아 배출계수를 산정하였다.

    재료 및 방법

    1. 돈사 구조 및 사육환경

    실험은 돈사 내 중앙 복도를 기점으로 내부 구조가 동일한 돈방 (1실: 832×555 cm)이 좌, 우 나눠진 돈사에서 수행되었다(Fig. 1). 각 돈방은 8개의 pen으로 구분되어 있으며, 외부 공기가 글라스 울이 채워진 중천장 및 시설 틈새를 통해 돈방 내부로 입기되고 1개의 중앙팬을 통해 지붕 배기되는 구조이다. 실험 농장은 생후 약 10주령인 돼지를 돈방에 일괄 입식(all-in) 후 35일 동안 육성한 다음, 같은 장소에서 비육기 사료를 공급하고 48일 동안 급여 하면 서 비육 후 일괄 출하(all-out)시키는 생산 시스템을 적용하고 있다. 공시 가축은 육성 단계가 종료된 직후의 돼지를 선정하였다. 돼지 분뇨는 concrete floor와 plastic slatted floor가 1:1로 구성된 슬러 리 피트에 저장하였다(피트 깊이: 0.45 m). 슬러리는 돼지 입식 시부터 수집되며 출하 때까지 배출되지 않았다.

    반복 실험을 위해 돈방 3곳(room A~C)을 선정하였으며 사육두 수는 room A, room B, room C 각각 91, 96, 102마리로 출하 때까지 개체 수 변동이 없었다(평균 사육밀도: 0.96 m2/pig). 암모 니아 농도, 환기량, 온/습도는 비육 사료로 전환된 시점부터 모니터 링 하였다(9/19~11/19). 비육 단계 종료 후 선별 과정을 거치며 돼지가 전부 출하된 직후 슬러리는 배출되고 돈방 수세가 실시된 다. 비육 시기 공급된 사료의 crude protein, crude lipid, crude fiber, ash, calcium, phosphorus 성분은 각각 15.0%, 4.0%, 5.0%, 5.0%, 0.5%, 0.5%의 구성비로 분석되었다. 출하 시 비육돈 평균 체중은 room A, room B, room C에서 각각 92.0 kg, 92.2 kg, 90.4 kg로 측정되었다.

    2. 암모니아 농도, 온/습도, 환기량 모니터링

    국내에는 양돈시설에서의 암모니아 발생량 평가 프로토콜이 없으 므로 유럽의 ‘VERA (verification of environmental technologies for agricultural production) 테스트 프로토콜’ 중 ‘livestock housing and management systems’ 방법론을 참고하여 실험을 수행하 였다(VERA, 2018). 암모니아 농도는 광음향분광법 기반 실시간 측정장치(LumaSense Technologies INNOVA 1412i, Ballerup, Denmark)를 이용하여 모니터링 하였다. ‘VERA 테스트 프로토콜’ 에 따르면 자동 측정기의 경우 ‘1회/1시간’ 최소 측정기준이 명시되 어 있으므로 다측점 샘플러(LumaSense Technologies INNOVA1409 (6 ports), Ballerup, Denmark)를 부착하여 room A~C 배기 구와 중천장 입기구의 값이 1시간 간격으로 자동 수집되도록 구성 하였다. 실측 전 기기교정을 위해 고순도 질소(Rigas 99.999%, Daejeon, Korea) 및 암모니아 표준가스(Rigas 7.5, 12.5, 25, 35, 50 umol/mol, Daejeon, Korea)를 사용하여 검량선을 작성하였다 (R2=0.996, MDL=0.2 ppm).

    돈방 내부 온도와 환기팬 가동률은 돈사 자체 관제시스템에 의해 수집된 데이터(1회/분)의 1시간 평균값을 이용하였다. 습도는 돈방 내 습도 센서 부재로 광음향분광법 측정장치 수분 측정값을 이용해 시료의 이슬점(Tdew : dew point)을 기록하고 이슬점-습도 변환공 식을 적용하여 간접적으로 계산하였다(Sonntag, 1990) (식(1)).

    T d r e w = λ × { ln ( R H 100 ) + β × T λ + T } β { ln ( R H 100 ) + β × T λ + T }
    식(1)

    • T : indoor temperature (-45℃<T <60℃)

    • RH : relative humidity

    • β : 17.62

    • λ : 243.12℃

    환기팬 가동률(입력전압/정격전압)에 따른 환기량 측정을 위해 미국 냉난방공조기술자학회 기준에 맞게 제작된 환기량 측정장치 를 이용하여 배기구(Vostermans ventilation BV Multifan 4E50 (∅630), Venlo, Netherlands)에 부착 후 30%, 50%, 70%, 100% 의 가동률에서 유량(m3/h)을 실측하였다(ASHRAE, 1993;Jo et al., 2020). 실험 돈사의 환기팬은 가동률 30% 이하로 운용되지 않았으며, 환기량은 돈방별 room A 1,084±25~4,485±54 m3/h, room B 913±18~4,136±65 m3/h, room C 960±15~4,429±89 m3/h 범위로 실측되었다. 관제시스템에 의해 수집된 환기팬 가동률은 1% 해상도로 수집되었고, 결측구간(31%~49%, 51%~69%, 71%~99%) 에서의 환기량 추정을 위해 Jo et al. (2020)이 제안한 방법론을 적용하였다. 선형보간, 다항회귀(2차, 3차), generalized additive model, logistic curve, gompertz curve가 상호 비교되었으며 과대 적합, 과대추정의 우려가 없고 실측데이터를 가장 잘 모사할 수 있는 모델로서 logistic curve가 선정되었다.

    3. 배출계수 산정

    비육돈사 내 암모니아 발생량은 다음과 같은 순서로 계산되었다 (VERA, 2018). 1) 암모니아 순발생 농도(Cnet , ppm): 실시간 측 정된 배기구 암모니아 농도(Coutlet , ppm)에서 입기구 암모니아 농 도(Cnet , ppm)를 제외하여 계산한다(식(2). 2) 이후 순발생 농도를 단위 부피당 질량(㎎/m3)으로 환산하고 환기량(Vflow, m3/h)을 곱 해 1시간당 배출되는 암모니아(㎎/h)를 산정, 사육두수(n)로 나누 어 돼지 1마리당 암모니아 배출량(Erate, g/h·pig)을 계산한다(식 (3). 3) 결과를 하루 단위로 합산하고 사육일(48일)로 나누면 비육 기간 돼지 1마리당 최종 암모니아 배출계수(g/d·pig)가 산정된다.

    C n e t = C o u t l e t C i n l e t
    식(2)

    E r a t e = C n e t × 17.03 × V f l o w n × 24.45 × 1000
    식(3)

    • Cnet: 암모니아 순발생 농도(ppm)

    • Cinlet: 입기구 암모니아 농도(ppm)

    • Coutlet: 배기구 암모니아 농도(ppm)

    • Erate : 돼지 1마리에 의해 1시간당 발생하는 암모니아(g/h·pig)

    • Vflow: 1시간 평균 환기량(m3/h)

    • n : 총 사육 두수

    4. 통계분석

    본 연구의 모든 데이터 통계분석은 R (version 3.6.3)을 이용하 였다. 수집된 데이터 그룹에 shapiro-wilk test (p-value > 0.05: 정규성 가정)를 통한 정규성 검정(normality test)을 시행하여 정규 분포와 비정규분포를 구분하였다(Shapiro & Wilk, 1965;Park et al., 2014). 모든 그룹은 비정규분포로 가정되었으며 그룹 간 상관 계수(spearman correlation coefficient)를 도출하였다. 또한, 암모 니아 배출량 및 배출계수 계산 시 ‘VERA 테스트 프로토콜’에 명시된 이상치 제거기준(outlierupper>upper quartile (75%; Q3)+3×IQR, outlierlower<lower quartile (25%; Q1)-3×IQR, IQR: Inter quartile range)을 참고하여 돈방에서의 이상치를 제거한 후, 비정규분 포 그룹에 적용 가능한 kruskal-wallis test (p-value > 0.05: 그룹 간 평균 차이 없음)를 통해 각 돈방 간 평균 차이를 검정하였다 (Mcdonald, 2014).

    결과 및 고찰

    1. 암모니아 농도 및 환경요인 모니터링 결과

    Fig. 2에 room A~C 일별 암모니아 순발생 농도, 온/습도, 환기량 데이터를 시계열 그래프로 표시하였다. 실험기간 동안 측정된 사양, 축사 환경 및 모니터링 결과를 Table 1에 나타내었다. 암모니아 농도 는 최소 2.19 ppm (room A) ~ 최대 21.76 ppm (room C)의 범위로 나타났다. 돈방별 평균농도는 room A 5.18±0.87 ppm, room B 5.79±2.39 ppm, room C 6.83±3.27로 분석되었으며, 여름철 육성 /비육 시기 측정되었던 Kim et al. (2012)의 연구와 비슷한 값 (6.78±3.88 ppm)이 도출되었다. 비육시기 암모니아 농도 증가 추 이는 사육일(d: day)과 선형관계로 회귀식에 근거한 1일 농도 증가 량은 0.12~0.16 ppm로 계산되었다(식(4)~(6)).

    C n e t = 0.1162 d + 2.3376 ( R 2 = 0.74 ) ( r o o m A )
    식(4)

    C n e t = 0.1284 d + 2.6485 ( R 2 = 0.55 ) ( r o o m B )
    식(5)

    C n e t = 0.1614 d + 2.8794 ( R 2 = 0.47 ) ( r o o m C )
    식(6)

    돈방 내 온도는 room A, room B, room C가 각각 20.2~24.8℃ (평균: 22.4℃), 21.0~25.1℃ (평균: 22.7℃), 19.2~25.0℃ (평균: 22.3℃)범위로 분석되었고, 시험 기간 약 0.1℃/d씩 감소하였으며, 돈방 내 온도가 낮아짐에 따라 환기량 역시 감소하는 모습을 보였 다. 돈방별로 환기량은 room A 19.4~39.7 m3/h·pig, room B 16.2~30.9 m3/h·pig, room C 12.7~30.8 m3/h·pig의 범위를 보였 고, 하루에 약 0.3~0.4 m3/h·pig 씩 감소하였다. 본 실험 돈사는 국내 양돈농가에 장려되는 미국 MWPS (midwest plan service)의 비육돈 권장 환기량(59.5 m3/h·pig)보다 낮은 환기량으로 운영되고 있었다(MWPS, 1990). 선행 연구와의 환기량을 비교했을 때, 국외 와는 비슷한 환기량(20.4~37.0 m3/h·pig)을 보였으나, 국내의 경우 본 실험 대비 높은 환기량(69.7~272.1 m3/h·pig)으로 운영됨을 확인 하였다(Aarnink et al., 1995;Aarnink et al., 1996;NIER, 2007). 돈방 내 습도는 73.9~43.2% (평균: 58.8%), 70.1~36.2% (평균: 54.0%), 68.0~29.5% (평균: 48.8%)로 분석되었다.

    암모니아 농도, 온도, 습도, 환기량의 일별 상관관계 분석결과, 암모니아는 온도와 음의 상관관계(R2=-0.65~-0.53)를 가지는 것 으로 분석되었고 이는 강제환기식 돈사 내 비슷한 돈방 온도에서 수행된 선행 연구 결과와 유사하였다(Ni et al., 2000). 본 연구에서 환기량은 암모니아 농도에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 나타났 으며, 선행 연구결과와 같은 경향을 나타내었다(Wi et al., 2019).

    2. 일변화 패턴

    Fig. 3에 시험 전 기간의 room A~C 배기구, 입기구 암모니아 농도 일변화 패턴을 나타내었다. 배기구 암모니아 농도는 room C > room B > room A 순으로 높았고, 세 돈방 모두 오전 7시부터 증가하는 모습을 보이다가 12~13시에 최댓값이 나타난 후 감소하 는 전형적인 패턴으로 분석되었다(Ni et al., 2000). 각 그룹은 모두 비정규분포였으며 kruskal-wallis test 결과 배기구 평균 농도에 있어 그룹 간 차이가 존재하였다(p-value < 0.05). 입기구는 배기 구에 비해 낮은 농도를 보였고 일변화가 극히 적은 것으로 나타났 다. 배기구 패턴과 마찬가지로 7시부터 증가하다가 12시에 최댓값 을 가진 후 감소하는 모습을 보였으며, 이는 배기된 암모니아의 영향일 것으로 판단된다. 입기구 역시 비정규분포로 그룹 간 유의 한 평균차이를 보였으나(p-value < 0.05), 배기구에 비해 상대적으 로 편차가 작은 것으로 분석되었다.

    Fig. 4에 암모니아 순발생 농도, 온도, 암모니아 배출량, 환기량, 상대습도 일변화 패턴을 나타내었다. 암모니아 순발생 농도는 배기구 암모니아 농도와 동일한 패턴을 보였으며, 온도와 환기량은 상호 비 슷한 일변화 패턴이 관측되었다. 돈방별 온도는 room A 21.5~24. 4℃, room B 22.0~24.1℃, room C 21.7~23.6℃ 범위를 나타내었 으며 15시에 최댓값, 5~7시 사이에 최솟값이 기록되었다. 돈방별 환기량의 경우 room A 21.0~41.7 m3/h·pig, room B 17.6~33.2 m3/h·pig, room C 15.9~32.0 m3/h·pig로 온도와 동일하게 15시에 최댓값이 나타났으며 7시에 최솟값을 보였다. 상대습도는 room A 50.4~70.2%, room B 44.8~69.9%, room C 40.0~63.2%의 값을 보였으며 14시에 최댓값, 6~7시 사이에 최솟값을 갖는 것으로 분석 되었다. 암모니아 발생량 범위는 room A 0.06~0.21 g/h·pig, room B 0.06~0.20 g/h·pig, room C 0.06~0.22 g/h·pig로 세 돈방에서 큰 차이가 없었으나 4~5시에 최솟값을 갖는 room A, room B와 달리 room C는 23시에 최솟값이 나타난 후 서서히 증가하는 것으 로 분석되었다. 전체적으로 밤 시간대에는 큰 변화를 보이지 않다 가 오전이 되면 증가하고 낮에 피크를 보인 후 감소하는 패턴으로 분석되었다.

    3. 상관관계 및 빈도 분석

    각 요소 간 상관성을 알기 위해 모든 돈방의 측정 결과를 취합하 여 상관도 분석을 수행한 결과는 Table 2와 같으며, 데이터 셋은 총 1시간 데이터 3,456개가 사용되었다. 암모니아 농도는 온도, 습도, 환기량과 상관성이 낮은 반면 배출량과의 상관성이 높은 것 (R2=0.71)으로 나타났다. 암모니아 농도와 온도의 경우 일별 상관 도에 비해 시간별 상관도가 낮아지는 결과를 보이는데 이는 시간적 해상도가 증가함에 따라 나타나는 현상으로 해석할 수 있다(Xia et al., 2017;Grinn-Gofroń et al., 2018). 온도와 습도는 서로 높은 상관관계(R2=0.79)를 가지고, 환기량은 온도(R2=0.65), 습도 (R2=0.82)와의 상관도가 다른 요소에 비해 높았다. 암모니아 배출 량은 환기량(R2=0.61)과 암모니아 농도 영향을 받고 이 중 암모니 아 농도가 더 상관성이 높은 것으로 분석되었다.

    암모니아 배출량과 높은 상관성이 있는 농도, 환기량의 시간별 3차원 산점도 및 2차 다항 회귀 모델을 각 돈방별로 도시하였다 (Fig. 5). 모든 돈방이 유사한 경향을 나타내었고 농도와 환기량 간 배출량 영향력에 차이를 보였다. 산정식에 의거하여 암모니아 농도의 경우 저농도에서 환기량이 많아도 배출량이 적지만, 농도가 높아지면 환기량에 비례하여 배출량이 높게 산정된다. 실측 데이터 기반으로 환기량이 높아질수록 저농도의 암모니아는 모니터링 되 지 않는 경향이 나타났다. 즉, 낮은 환기량 구간(저온기)에서는 환 기량 조절을 통한 배출량 통제가 다소 효과적일 수 있으나, 높은 환기량 구간(고온기)으로 진입할수록 돈사 내 암모니아 농도를 낮 추기 위한 슬러리 배출/돈방 수세 빈도 증가, 피트 구조 변경 등을 통한 배출량 통제가 더 효과적일 것으로 사료된다. 그러나, 전술된 해석은 본 실험농장에 국한된 결과로 환기시스템, 돈방 구조에 따 라 해석이 달라질 수 있으므로 반드시 실측된 데이터에 기반 된 돈방 관리가 필요하다.

    암모니아 농도 구간별 빈도는 0~5 ppm 52.7%, 5~10 ppm 36.8%로 비육기간 동안 돈방 내 암모니아 농도는 대부분 10 ppm 이하인 것으로 분석되었다. 환기량 구간별 빈도는 0~20 m3/h·pig가 전체의 41.6%, 20~30 m3/h·pig는 40.0%로 집계되었다. 온도의 경 우 20~25℃ 범위가 전체의 91.6%를 차지하였고, 습도는 20~40% 범위가 17.9%, 40~60% 범위가 45.6%, 60~80% 범위가 35.8%로 고루 분포하였다. 배출량 구간별 빈도는 0~0.1 g/h·pig가 70.6%, 0.1~0.2 g/h·pig가 20.6%로 0.2 g/h·pig 이하의 배출량이 전체의 91.2%를 차지하는 것으로 나타났다.

    4. 배출계수 산정

    각 돈방에서 모니터링된 암모니아 농도, 환기량을 고려하여 일 별 암모니아 배출량을 계산하고 사육두수로 나누어 배출계수를 산 정하였다(Fig. 6). 이상치(2일)가 제거된 돈방별 암모니아 배출계 수는 room A 2.42±0.96 g/d·pig, room B 2.06±0.67 g/d·pig, room C 2.36±0.95 g/d·pig로 도출되었다. Kruskal-wallis test 결 과, 세 돈방 평균에 유의적인 차이가 없음(p-value > 0.05)을 확인 하였고, 돈방 평균값인 2.28 g/d·pig를 본 연구의 최종 암모니아 배출계수로 산정하였다. 국내 연구 결과 중 2007년에 산출된 ‘비육 돈’ 배출계수(14.25 g/d·pig)에 비해 작은 값이 도출되었으나, 기존 연구는 환기 형태를 구분하지 않았고 샘플 수가 적었기 때문에(전 체 비육기간 중 1~2일) 본 실험 결과는 기존 연구대비 낮은 불확도 를 가질 것으로 판단된다. 해외는 국내와 달리 ‘육성/비육’을 따로 구분하고 있지 않아 본 연구의 결과를 비교하기에 부적절하였다.

    본 연구는 양돈시설 카테고리 중 ‘강제환기식’, ‘돈사 내’, ‘비육 돈’을 대상으로 하여 수행한 실험이다. 국내 양돈 유래 암모니아 배출량 인벤토리 고도화를 위해서는 축사 환경 조건 및 사양 단계에 따른 지속적이고 다양한 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다.

    감사의 글

    본 연구는 농촌진흥청 연구사업(세부과제번호: PJ01385002)의 지원으로 수행되었으며 이에 감사드립니다.

    Figures

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    Schematic of finishing pig farm structure and ventilation pathway for ammonia emission experiment.

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    Daily monitoring result of ammonia net concentration (black line), linear fit for ammonia (grey dash line), indoor temperature (red line), indoor relative humidity (blue line), and ventilation rate (green line) at finishing period in each room (A) Room A, (B) Room B, and (C) Room C.

    JALS-54-3-63_F3.gif

    Diurnal graph of ammonia concentration from (A) exhaust fan, (B) ceiling inlets. Unlike the outlet concentrations, the inlet concentrations are almost unchanged. Inlet concentration pattern of 6-18 hours was enlarged and displayed (yellow square).

    JALS-54-3-63_F4.gif

    Diurnal graph of (A) ammonia net concentration (black line; left), (B) room A, (C) room B, and (D) room C. Temperature (red line), ammonia emission (black line; right), relative humidity (blue line), and ventilation rate (green line) as environmental factors are displayed.

    JALS-54-3-63_F5.gif

    Hourly scatter plot of ammonia concentration, ventilation rate, and ammonia emission (Q3+3×IQR≥color dot≥Q1-3×IQR) in (A) room A, (B) room B, and (C) room C.

    JALS-54-3-63_F6.gif

    Box-plot and distribution curve of daily ammonia emission in each room. Box, whisker, horizontal line, and point indicate 25%~75% range of samples (grey), 3×IQR, median, and mean (blue), respectively. Ammonia emission factor calculated as mean value of three rooms (red dash line) for finishing pig period are 2.28 g/d·pig.

    Tables

    Raising duration, number of pigs, weight, mean ammonia concentration (net, inlet, and outlet), mean indoor temperature, mean indoor relative humidity, and mean ventilation rate of finishing pig in each room. Standard deviations are expressed in concentration, temperature, humidity, and fan ventilation rate

    Correlation analysis of hourly ammonia concentration (Conc), indoor temperature (Temp), indoor relative humidity (RH), ventilation rate per pig (Vent), and ammonia emission during finishing period. The significance level (p-value) of all results was analyzed to be less than 0.05

    References

    1. Aarnink AJA , Keen A , Metz JHM , Speelman L and Verstegen MWA. 1995. Ammonia emission patterns during the growing periods of pigs housed on partially slatted floors. J. Agr. Eng. Res. 62: 105-116.
    2. Aarnink AJA , Van Den Berg AJ , Keen A , Hoeksma P and Verstegen MWA. 1996. Effect of slatted floor area on ammonia emission and on the excretory and lying behaviour of growing pigs. J. Agr. Eng. Res. 64: 299-310.
    3. Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR).2004. Toxicological Profile for Ammonia. U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service. GA, United State.
    4. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE).1993. 1993 ASHRAE handbook: fundamentals. I-P eds. GA, United State.
    5. Arogo J , Westerman PW and Heber AJ. 2003. A review of ammonia emissions from confined swine feeding operations. Trans. Am. Soc. Agr. Eng. 46: 805-817.
    6. Grinn-Gofroń A , Bosiacka B , Bednarz A and Wolski T. 2018. A comparative study of hourly and daily relationships between selected meteorological parameters and airborne fungal spore composition. Aerobiologia 34: 45-54.
    7. Ha D and Kim D. 2015. The effect of liquid manure circulation system on the odor reduction of swine farm. J. Agric. Life Sci. 49: 57-64.
    8. Holt J , Selin NE and Solomon S. 2015. Changes in inorganic fine particulate matter sensitivities to precursors due to large-scale US emissions reductions. Environ. Sci. Technol. 49: 4834-4841.
    9. Hristov AN. 2011. Technical note: Contribution of ammonia emitted from livestock to atmospheric fine particulate matter (PM2.5) in the United States. J. Dairy Sci. 94: 3130-3136.
    10. Jo G , Ha T , Yoon S , Jang Y and Jung M. 2020. Comparison of regression models for estimating ventilation rate of mechanically ventilated swine farm. J. Korean Soc. Agric. Eng. 62: 61-70.
    11. Kim CM , Chung TH , Kim SC and Choi IH. 2019. Influence of Liquid Illite and Illite Powder Additives on Reducing Odor from Pig Slurry. J. Agric. Life Sci. 53: 141-146.
    12. Kim KY , Ko HJ and Kim HT. 2012. Comparison of Seasonal Concentration of Ammonia and Hydrogen Sulfide in Swine House according to Pig’s Growth Stage. J. Agric. Life Sci. 46: 163-168.
    13. Mcdonald JH. 2014. Handbook of Biological Statistics (3rd edition). Sparky House Publishing. pp.157-164. MD, USA.
    14. Midwest Plan Service (MWPS).1990. Mechanical ventilating systems for livestock housing. 6. 1 ed. Iowa State University. IA, United State.
    15. National Institute of Environmental Research (NIER).2007. Estimating ammonia emissions in atmosphere and building inventory. Incheon, South Korea.
    16. National Institute of Environmental Research (NIER).2015. 2012 Air pollutants emission factor. Incheon, South Korea.
    17. National Institute of Environmental Research (NIER).2016. National air pollutants emission service. http://airemiss.nier.go.kr (2020.01.13.).
    18. Ni J , Heber AJ , Lim TT , Diehl CA , Duggirala RK , Haymore BL and Sutton AL. 2000. Ammonia emission from a large mechanically‐ventilated swine building during warm weather. J. Environ. Qual. 29: 751-758.
    19. Park M , Kim TH , Cho ES , Kim H and Oh HS. 2014. A comparative Study of Regularized Regression Approaches using R: Application to SNP and Litter Size of Yorkshire Pigs. J. Agric. Life Sci. 48: 147-155.
    20. Rzeźnik W and Mielcarek P. 2016. Greenhouse gases and ammonia emission factors from livestock buildings for pigs and dairy cows. Pol. J. Environ. Stud. 25: 1813-1821.
    21. Schiferl LD , Heald CL , Nowak JB , Holloway JS , Neuman JA , Bahreini R , Pollack IB , Ryerson TB , Wiedinmyer C and Murphy JG. 2014. An investigation of ammonia and inorganic particulate matter in California during the CalNex campaign. J. Geophys. Res-Atmos. 119: 1883-1902.
    22. Shapiro SS and Wilk MB. 1965. An analysis of variance test for normality (complete samples). Biometrika 52: 591-611.
    23. Sharma M , Kishore S , Tripathi SN and Behera SN. 2007. Role of atmospheric ammonia in the formation of inorganic secondary particulate matter: A study at Kanpur. India. J. Atmos. Chem. 58: 1-17.
    24. Shin DW , Joo HS , Seo EJ and Kim CY. 2017. Management strategies to reduce PM-2.5 emission: Emphasis-Ammonia. Korea Environment Institute (KEI). Sejong, South Korea.
    25. Sonntag D. 1990. Important new values of the physical constants of 1986, vapour pressure formulations based on the ITS-90, and psychrometer formulae. Meteorologische Zeitschrift. 70: 340-344.
    26. Sung HG , Cho SB , Lee SS , Choi YJ. and Lee SS. 2017. Study on Korean commercial additives and agents for reducing odor of manure in animal farm. J. Agric. Life Sci. 51: 95-104.
    27. Sutton MA , Milford C , Nemitz E , Theobald MR , Hill PW , Fowler D , Schjoerring JK , Mattsson ME , Nielsen KH , Husted S , Erisman JW , Otjes R , Hensen A , Mosquera J , Cellier P , Loubet B , David M , Genermont S , Neftel A , Blatter A , Herrmann B , Jones SK , Horvath L , Führer EC , Mantzanas K , Koukoura Z , Gallagher M , Williams P , Flynn M and Riedo M. 2001. Biosphere-atmosphere interactions of ammonia with grasslands: Experimental strategy and results from a new European initiative. Plant & Soil 228: 131-145.
    28. Verification of Environmental Technologies for Agricultural Production (VERA).2018. Vera test protocol for livestock housing and management systems. pp.1-60. 3 eds. International VERA Secretariat. Delft, Netherlands.
    29. Wi J , Lee S , Kim E , Lee M , Koziel J and Ahn H. 2019. Evaluation of semi-continuous pit manure recharge system performance on mitigation of ammonia and hydrogen sulfide emissions from a swine finishing barn. Atmosphere 10: 170.
    30. Xia S , Mestas-Nunez AM , Xie H and Vega R. 2017. An evaluation of satellite estimates of solar surface irradiance using ground observations in San Antonio, Texas, USA. Remote Sens. 9: 1268.
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